反应离子刻蚀和自组装分子膜构建硅基底疏水与超疏水表面

采用反应离子刻蚀技术在Si(100)表面加工微米级圆柱阵列,采用自组装技术分别制备了3种硅烷自组装分子膜.结果表明,采用反应离子刻蚀构建出的4种微米级圆柱阵列结构规整,其直径为5μm,高度为10μm,间距为15～45μm.沉积自组装分子膜后,试样表面的水接触角显著增大,其中沉积1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(FDTS)自组装分子膜接触角最大,1H,1H,2H,2H-全氟辛烷基三氯硅烷(FOTS)次之,三氯十八硅烷(OTS)最小.测得的接触角大于150°时接近Cassie方程计算的接触角,而小于150°时接近Wenzel方程计算的接触角.改变圆柱阵列的间距和选择不同的自组装分子膜,可以控制表面接触角的大小.原子力显微镜(AFM)观测结果显示,沉积自组装分子膜可以产生纳米级的团簇.由微米级圆柱阵列和纳米级自组装分子膜构成的表面结构使Si试样表面接触角最大可达156.0°.

复合自组装分子膜的摩擦特性研究

本文采用自组装技术制备了三氯十八硅烷(octadecyltrichorosilaneOTS) 3 胺基丙基 三甲氧基硅烷(3 amino propyltrimethoxysilaneAPTMS)和APTMS OTS复合自组装分子膜,在原子力 摩擦力显微镜上对薄膜的摩擦特性进行了测试,并与OTS和APTMS自组装分子膜(self assembledmonolayersSAMs)进行了对比。结果表明,OTS APTMS复合自组装分子膜因既保持了一定的键合强度又增加了自组装分子的流动性,使其摩擦力显著降低。复合自组装分子膜的摩擦力随着载荷和滑动速度的增大而增大,这与自组装分子的受力响应和弛豫特性相关。合理地设计自组装分子膜可有效地减小摩擦。

紫外照射对FOTS自组装分子膜表面特性和摩擦特性的影响

利用自组装技术在硅基底制备FOTS自组装分子膜,对FOTS自组装分子膜进行紫外照射.采用接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)和多功能摩擦磨损试验机(UMT)评价薄膜的表面特性和摩擦学特性.结果表明:FOTS自组装分子膜的蒸馏水接触角为109°.紫外照射导致C元素被O3氧化,形成亲水的-COOH末端基团,使其接触角变小,表面粗糙度增大.在微载荷下,FOTS自组装分子膜和经不同时间紫外照射的FOTS自组装分子膜均可降低硅基底的摩擦和磨损.紫外照射后使FOTS自组装分子膜的摩擦系数增大,磨损加剧,这与其表面结构和润湿性变化相关.

界面接触特性对两种自组装分子膜摩擦特性的影响

利用多功能微摩擦磨损试验机,在不同滑动速度和载荷条件下,采用不同摩擦副分析了界面接触特性对自组装分子膜摩擦特性的影响,同时采用Lennard-Jone势对铜和镍与三氯十八硅烷(OTS)和3-氨基丙基-三甲氧基硅烷(APS)自组装分子膜之间的相互作用进行了比较.结果表明,镍同OTS和APS对摩的摩擦系数均大于铜同2种自组装分子膜对摩的摩擦系数,这是因为镍与自组装分子膜间具有较强的相互作用所致.铜和镍与OTS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而增大,随载荷增加而减小;铜与APS对摩的摩擦系数随滑动速度的增加而减小,载荷对摩擦系数的影响则很小;而镍与APS对摩的摩擦系数随滑动速度增加而增大,随载荷增加而减小.可以用分子弛豫来解释2种自组装分子膜的摩擦特性差异.

官能团对自组装分子膜摩擦特性的影响

在原子力显微镜上,对分子链长相同、官能团不同的两种自组装分子膜的摩擦特性进行了研究,分析了载荷和滑动速度对自组装分子膜摩擦特性的影响.结果表明:自组装分子末端官能团的化学活性越强,形成的自组装分子膜的团簇特征越显著;对于两种短链自组装分子,摩擦力随着载荷的增大而增大,而滑动速度的影响在自组装分子末端官能团化学活性较大时才表现出来.形成结构稳定的自组装分子膜后,摩擦力比成膜初期的自组装分子膜显著降低,具有减摩效应.具有较强化学活性官能团的自组装分子膜,当载荷增加到一定值以后,会失去减摩效应,其化学活性越强,摩擦力越大.

不同聚集态下β-乳球蛋白与油酸自组装分子过程构象变化

采用pH 2、4、6和8环境诱导获得不同聚集态的β-乳球蛋白,并促使其与油酸发生自组装分子过程,采用荧光光谱仪和圆二色谱仪等技术研究不同聚集态β-乳球蛋白在与油酸发生自组装前后的表面疏水性及二三级结构的变化。结果表明,pH 2、4和6环境下诱导的不同聚集态β-乳球蛋白与油酸形成自组装分子后其表面疏水性有所增加,而pH 8环境下获得的解离态β-乳球蛋白油酸自组装分子的表面疏水性发生降低现象;圆二色谱图发现不同pH环境下获得的不同聚集态β-乳球蛋白油酸自组装分子前后其二级结构及组成比例发生不同程度的变化;同步荧光光谱和內源荧光光谱说明pH 2、6和8环境下获得的不同聚集态β-乳球蛋白油酸自组装分子的发色基团周围的三级结构有所变化,而pH 4环境下获得的自组装分子的发色基团周围的三级结构并未改变。

钛金属薄膜上两种短链自组装分子膜的制备与摩擦特性

采用自组装技术在钛金属薄膜上制备了两种分子链长相同、官能团不同的自组装分子膜,并对其进行了不同时间的紫外照射.对钛金属薄膜和自组装分子膜进行了表征和摩擦特性测试,研究了紫外照射、官能团、滑动速度和载荷对自组装分子膜摩擦特性的影响.结果表明:通过紫外照射钛金属薄膜表面羟基化、自组装分子水解及自组装分子缩合可在钛金属薄膜上制备结构致密的自组装分子膜.制备的两种短链自组装分子膜可降低钛金属薄膜的摩擦特性,APS自组装分子膜的摩擦特性优于MPS自组装分子膜的摩擦特性.紫外照射5 min的自组装分子膜表面吸附的有机杂质被蒸发掉.对针尖的黏着力减小,从而导致针尖的变形减小,摩擦力最低.而紫外照射15 min的自组装分子膜致密的网状结构被破坏,减弱了自组装分子膜的润滑效应.两种自组装分子膜的摩擦力随着滑动速度的增加略呈上升趋势,随着载荷的增加略呈下降趋势,但是变化不大.

OTS自组装分子膜改性处理钛金属的摩擦学特性研究

采用自组装技术对钛金属表面进行改性处理,并对制备的试样进行紫外照射;用原子力显微镜对试样的表面形貌进行表征;用微摩擦磨损试验机测试OTS自组装分子膜改性处理的钛金属表面的摩擦学特性,并研究了紫外照射处理的影响。结果表明:经OTS自组装分子膜改性处理的钛金属表面平整均匀,且摩擦学特性显著改善,摩擦因数小于钛基底;紫外照射可有效地提高OTS自组装分子膜改性处理的效果,减小了有机杂质的粘着效应;钢球与OTS自组装分子改性处理试样间的摩擦因数随载荷的增大而增大,这取决于边界润滑膜是否发生失效。

2-巯基苯并噻唑衍生物自组装分子膜对45#钢的缓蚀性能

合成了2-辛巯基苯并噻唑化合物,运用IR、MS和元素分析等方法对其结构进行了表征。通过自组装技术在钢片表面制备有机分子膜。采用静态失重法和电化学测试技术研究了自组装膜在1 mol/LHCl中对钢片的缓蚀性能。结果表明,2-巯基苯并噻唑衍生物缓蚀剂自组装膜对钢片有良好的缓蚀能力。

自组装分子膜堵水防砂技术研究

根据胜利油田开发需要，研究自组装分子膜技术在胜利油田的应用。研究应用自组装分子膜技术改性各种骨架材料，如充填砂、超细调剖颗粒等等，以改变地层的润湿性，由亲水性转为亲油性，使原油向井底运移毛细管力由阻力转化为动力，从而提高采收率，取得阶段成果，为低效油田的开发管理提供有益探索。

OTS自组装分子膜的制备及其摩擦学测试

采用分子自组装技术在银片表面成功制备了十八烷基三氯硅烷单层膜(OTS-SAMs)。运用接触角测试仪、极化曲线、循环伏安、SEM和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对OTS-SAMs薄膜的结构、形貌和性能进行了表征,并分析了载荷和滑动速度对薄膜摩擦学特性的影响。结果表明:紫外光照使基板由疏水变为亲水。极化曲线和循环伏安图显示在组装初期180s内,十八烷基三氯硅烷水解产物主要是与基体表面的羟基发生聚合反应,表现为"岛式"结构增长,随着组装时间的增加,有机硅烷分子之间发生聚合,当组装30min后,成膜过程趋于稳定,可以在基体表面形成平整、牢固和致密的自组装薄膜,这一结果同样由SEM得到验证。随着自组装膜的完善,其摩擦力降低,达到润滑的效果。另外,通过实验结果初步分析了OTS-SAMs的形成机理。

双共振和频光谱分析自组装单分子层/铂界面的电子结构

[目的]界面电子结构对于物理和化学过程具有重要的影响,发展界面电子结构的表征方法具有重要意义.[方法]以Pt表面自组装单分子层(SAM)为模型体系,根据和频(SFG)光谱强度随入射光波长的变化,研究SAM对Pt基底电子结构的影响.[结果]研究发现,对巯基苯甲腈分子自组装于Pt基底表面时,基底的SFG响应显著增强.对巯基苯甲腈分子通过巯基与Pt表面相互作用,改变了界面电子结构,形成了SAM/Pt电荷转移态,在510~620 nm波段出现了新的吸收带,从而产生双共振SFG效应使基底的SFG响应显著增强.[结论]具有界面选择性的SFG光谱可以有效分析金属界面的电荷转移态,是研究界面电子结构的有力工具.

聚苯乙烯-b-聚乙烯基吡啶超分子可控自组装及其表征

嵌段共聚物超分子自组装体形成的有序结构能够提供比共价键更加稳定的连接位点,而有效且快速的退火方法是嵌段共聚物自组装技术中的研究热点。将嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚(4-乙烯基吡啶)(PS-b-P4VP)和3-n十五烷基苯酚(PDP)作为模型体系,三氯甲烷作为溶剂,制备出柱状结构的超分子组装体。功能性链段P4VP与小分子PDP之间具有强氢键作用,在饱和氯仿蒸汽退火的过程中,通过控制退火时间制备出高度有序的柱状结构固体样品。对柱状结构演变过程进行详细探究,扩展了其在多孔碳材料的制备、化妆品纳米载体技术、能量储存/转换装置等方面的应用。

SiO2表面自组装单分子层的疏水改性研究

随着纳米技术的快速发展,对多功能材料的需求促使科研人员不断探索如何在微观层面上控制材料的表面结构和功能。本文使用食人鱼溶液和RCA标准清洗液对基片表面进行彻底地清洗、氧化和羟基化,采用提拉法在SiO2表面自组装上一层十八烷基三氯硅烷(OTS)分子层,在120℃条件下加热1.5 h,对自组装膜进行热固化,得到排列紧密且取向有序的疏水单分子膜。测试结果显示,自组装前后基材表面的粗糙程度基本保持不变,表面水润湿性向疏水状态转变。自组装膜在强酸、高盐和有机溶剂等环境下能保持性能稳定持续256 h,在强碱环境下16 h就会完全损失,单分子膜在经历了1000 r的摩擦损伤后仍能保持90˚的疏水效果,测试结果体现出改性得到的自组装单分子层(SAM)具有一定的物理和化学稳定性。

自组装单分子层在电池中的应用展望

高能量密度是电池技术发展的主要趋势之一,也是规模储能、新能源汽车等快速发展的重大需求之一。使用高能量密度的电极活性材料是研制高比能电池最直接的方法。然而,高能量密度材料通常具有不稳定的界面化学,极大地影响电池的循环寿命和安全性能。例如,高镍正极材料1和金属锂负极2对空气环境的敏感性,以及二者在电化学循环中的性能衰减行为,都显著受到其界面化学性质的影响。对界面进行稳定化调控成为高比能电池发展的重要方面。

2,7-萘二磺酸阴离子导向五元瓜环基超分子自组装体的制备及其荧光检测性能

通过引入2,7-萘二磺酸(2,7-NDA2-)阴离子作为结构导向剂,与五元瓜环(Q[5])和过渡金属离子(Co^(2+)、Ni^(2+)、Zn^(2+)、Cd^(2+))在水热条件下制备了4种新颖的Q[5]基超分子自组装体(Q[5]-SA),即{[M(H_(2)O)4(Q[5])]·(NDA)}·x H_(2)O(M=Co (1)、Ni (2)、Zn (3))和{[Cd2Cl2(H_(2)O)4(Q[5])]·(NDA)}·13H_(2)O (4)。单晶X射线衍射测试结果表明,自组装体1~3同构,其中Q[5]仅一端的部分端口羰基氧原子与金属离子配位形成简单配合物;而4中Q[5]的2个端口均与金属离子Cd^(2+)配位形成了一维配位链。在自组装体1~4中,配体2,7-H_(2)NDA均全脱质子,形成2,7-NDA2-阴离子平衡体系电荷,但均未能与金属离子配位,而在2,7-NDA2-阴离子与Q[5]外壁之间的瓜环外壁作用下进一步形成三维超分子结构。此外,还研究了自组装体1和4的荧光传感性能,结果表明它们都能够作为抗生素诺氟沙星(NFX)的比率型荧光探针。

超分子前驱体制备磷掺杂三维g-C_(3)N_(4)及其光催化性能

以三聚氰胺、三聚氰酸为原料,磷酸铵为P掺杂剂,采用超分子自组装法和化学沉淀法制备了P掺杂三维石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))MNP-x[x为三聚氰胺用量0.01 mol时磷酸铵的添加质量(g),下同]。通过XRD、FTIR、XPS、SEM、UV-Vis和光致发光(PL)对MNP-x进行了表征,评价了其对罗丹明B(Rh B)的光催化降解性能,使用自由基捕获剂验证了光催化反应中起作用的活性基团,并推测了反应机理。结果表明,最佳条件下制备的MNP-0.08形貌由g-C_(3)N_(4)(MN)的一维管状变为三维花束状;P原子取代部分C原子掺杂到g-C_(3)N_(4)结构单元;MNP-0.08提高了电子-空穴对(e^(–)-h^(+))的分离能力,改变了能带结构,价带(VB)从1.96 eV(三聚氰胺制备的纯g-C_(3)N_(4)记作CN,下同)升至2.00 eV,导带(CB)从–0.70 eV(CN)降至–0.75 eV,能带间隙(E_(g))从2.66eV(CN)升至2.75eV。·O_(2)^(–)作为主要的活性基团使MNP-0.08光催化降解Rh B能力得到提高,反应速率常数(k)为0.02816 min^(–1),是MN(k=0.00955 min^(–1))的2.95倍。能带结构改变、P作为富电子中心促进载流子分离和P掺杂诱导高电荷转移并使受激电子局部化的协同效应使MNP比MN具备更高的光催化性能。

基于七元瓜环与蒽衍生物超分子自组装研究

蒽在众多生色官能团中,具有发光效率高、发光能力强、热稳定性好等特点。在这项工作中,蒽类衍生物(E)-4-(anthracen-2-ylamino)-4-oxobut-2-enoic acid(2-AHD)被设计并合成,并采用核磁共振波谱法、紫外可见吸收光谱法和荧光光谱法考察了2-AHD与七元瓜环(Q[7])的主客体相互作用模式,研究结果表明Q[7]能够部分包结2-AHD客体分子,包结比为1∶1,结合常数为7.70×10^(5) M^(-1)。

氨基硅烷自组装分子膜的制备与摩擦特性

采用原子力显微镜对3-氨基丙基-三乙氧基硅烷自组装分子膜成膜过程进行了表征,其成膜过程包括两个阶段,第一阶段为APS水解产物与基体表面发生聚合反应,表现为"岛"式结构数量增多.第二阶段为APS分子之间发生聚合反应,表现为"岛"式结构长大.在微摩擦磨损试验机对氨基硅烷摩擦特性的研究表明,在载荷为50mN时,钢球与APS自组装分子膜间的摩擦系数随滑动速度的增加而减小.在滑动速度为0.33×10-4m/s时,钢球与APS自组装分子膜间的摩擦系数随着载荷的增大逐渐减小,但变化幅度不大.

2,7-萘二磺酸导向构筑的五元瓜环-碱金属及碱土金属基超分子自组装体及其溶剂识别

以2,7-萘二磺酸(2,7-H_(2)NDA)作为结构导向剂,与五元瓜环(Q[5])和碱金属、碱土离子(K^(+)、Rb^(+)、Mg^(^(2+))、Ca^(^(2+)))在水热条件下制备出了4种新颖的Q[5]基超分子自组装体[K_(2)(H_(2)O)_(4)(Q[5])](2,7-NDA)·4H_(2)O(1)、[Rb_(2)(H_(2)O)_(5)(Q[5])](2,7-NDA)·3H_(2)O(2)、[Mg(H_(2)O)_(4)(Q[5])](2,7-NDA)·8H_(2)O(3)和[Ca(H_(2)O)_(4)(Q[5])](2,7-NDA)·10H_(2)O(4)。单晶X射线衍射测试结果表明,自组装体1和2具有相同的结构:Q[5]分子与金属离子配位形成的是“分子胶囊”;而在3中Q[5]与Mg^(2+)配位形成的是1∶1型简单配合物结构;在自组装体4中,Q[5]与Ca^(2+)配位形成的是一维Q[5]-Ca^(2+)配位聚合物链结构。这些结构中2,7-NDA^(2-)阴离子平衡了体系电荷,且通过其与瓜环外壁之间的弱相互作用,促进自组装体最终构筑成三维超分子结构。此外,还研究了自组装体4的溶剂识别荧光传感性能,结果表明其能够作为有机溶剂丙酮和DMF的猝灭型荧光探针。